飛機(jī)反推操縱桿的防誤動設(shè)計淺析

陳茹 劉雷

（北京青云航空儀表有限公司，北京101300）

0 引言

現(xiàn)代飛機(jī)大多設(shè)計有反推系統(tǒng)，主要功能是在飛機(jī)著陸時提供反推力，以減輕機(jī)輪剎車的負(fù)載，提高制動性能。飛機(jī)反推系統(tǒng)發(fā)生故障的后果嚴(yán)重，其中，反推意外打開可能引發(fā)災(zāi)難性事故。天馬航空402號航班起飛時，右舷發(fā)動機(jī)出現(xiàn)一個不受指令的反推力，致使飛機(jī)不受控制失速，造成99人死亡；勞達(dá)航空004號航班駕駛B767飛機(jī)，因反推在空中意外打開，導(dǎo)致全機(jī)223人不幸罹難。此外，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，反推開鎖是造成發(fā)動機(jī)空停/中斷起飛/返航/取消延誤的最主要原因[1]。因此，反推功能對飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性和航班可靠度影響較大。

駕駛?cè)藛T的人為差錯是飛機(jī)失事的重要原因[2]。為防止反推操縱錯誤或不當(dāng)導(dǎo)致的反推故障，需進(jìn)行反推力防誤動設(shè)計。發(fā)動機(jī)的推力控制器件一般是位于中央駕駛臺的推力控制桿（也稱油門桿或油門臺）。通過推力控制桿在反推行程內(nèi)的操縱，產(chǎn)生反推控制指令并傳遞給發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)飛機(jī)反推力的控制。本文介紹了幾種常見的防油門桿反推誤操作的方法。

1 適航條款對反推防誤動的要求

適航條款第25.1155條要求反推力的每一操縱器件必須有防止被誤動的措施，且在慢車位置有可靠的鎖和止動裝置。當(dāng)操縱器件從正推力狀態(tài)移開時，必須有一個單獨和明確的操縱動作，以保證飛行安全[3，4]。

2 飛機(jī)反推操縱的防誤動設(shè)計

在飛行慢車位置的鎖或止動器可為機(jī)械式或電控式。其中，機(jī)械鎖止器方案受油門桿組件構(gòu)型的影響，目前根據(jù)正反推油門桿的相對位置，主要有直通式構(gòu)型和背負(fù)式構(gòu)型，背負(fù)桿式油門臺正推力和反推力由兩根桿分別控制，直通式油門臺由同一根桿控制。

2.1 機(jī)械防誤動設(shè)計

采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計可以實現(xiàn)對反推操縱的防誤動設(shè)計，從功能上實現(xiàn)機(jī)械內(nèi)鎖的作用。常見的機(jī)械止動結(jié)構(gòu)包括棘爪/棘輪、限位銷、限位槽等。

2.1.1 直通式油門臺扳機(jī)式防誤操作

A320、ARJ21、新舟系列客機(jī)的油門臺均采用直通式油門臺構(gòu)型[5，6]。正推桿和反推桿為同一桿，但正推行程與反推行程位于兩段不同的滑軌上，兩條滑軌在慢車位置相交處設(shè)置臺階（機(jī)械擋塊）作為止動面。當(dāng)飛行員由正推操作轉(zhuǎn)向反推操作時，需在慢車位置操作扳機(jī)，解除機(jī)械限位的阻擋，使與油門桿連接的銷軸由正推軌道進(jìn)入反推軌道。為防止反推誤動，可設(shè)置一個彈簧與銷軸相連，使銷軸在彈簧力作用下可保持在正推軌道內(nèi)，在臺階處變換軌道時，需克服彈簧力，才能將滾柱拉入反推軌道。典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 扳機(jī)式防誤操作原理圖

2.1.2 背負(fù)式油門臺正反推互鎖

對于背負(fù)式油門桿，正、反推桿分別在各自的導(dǎo)軌內(nèi)運動，實現(xiàn)正反推互鎖。

空客飛機(jī)采用導(dǎo)軌和滾子或銷的鎖定方式，正反推軌道分離，分別與正推桿和反推桿相連的兩個滾子在各自軌道內(nèi)運動，兩滾子間通過連鎖桿實現(xiàn)連接。利用兩個推力軌道的錯位匹配，連鎖桿兩端的滾體分別會在正推力軌道和反推力軌道中運動，當(dāng)一側(cè)的滾體處于推力軌道時，另一側(cè)的滾體處于限位卡槽。

波音飛機(jī)油門桿曾采用過棘爪的止動方式[5]。如圖2(a)所示，當(dāng)正推力桿進(jìn)入正推力區(qū)域時，棘爪端部A位于控制腹板下方，此時，棘爪端部B可鎖定反推拉桿（反推拉桿與反推桿相連），使反推拉桿與正推桿保持相對位置的固定，即反推桿處于慢車位置。當(dāng)正推力桿位于飛行慢車位置時，拉動反推手柄，與反推桿相連的反推拉桿可推動棘爪向上，使棘爪端部A卡在腹板孔位置，棘爪尾部C可鎖定正推桿，防止正推力桿移動，同時，棘爪端部B可解除對反推拉桿的限位，允許飛行機(jī)組移動反推手柄，圖2(b)所示。

圖2 棘爪原理圖

2.2 電子防誤操作設(shè)計

除機(jī)械式防誤操作外，波音、新舟等系列飛機(jī)還增加了電子控制的反推力聯(lián)鎖裝置（電磁鎖）。電磁鎖位于反推慢車位置，多數(shù)時間處于鎖定狀態(tài)下，以防止反推意外打開；當(dāng)反推桿轉(zhuǎn)動到設(shè)定角度時，經(jīng)過發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)信號接收和邏輯處理，向油門臺發(fā)送電磁鎖打開指令，允許反推桿移動、進(jìn)一步增大反推力。

3 各種防誤動方案的權(quán)衡分析

3.1 直通式和背負(fù)式油門桿的比較

正反推油門桿相對位置作為反推防誤動方案的結(jié)構(gòu)上的限制條件，會間接影響反推防誤動方案的選擇。

直通式油門桿結(jié)構(gòu)簡單，直接與角度解算器或輸出軸相連。相對來說體積小，重量輕，可靠性指標(biāo)更容易滿足。對于需要兩個以上油門桿的情況，如四發(fā)干線飛機(jī)，考慮駕駛員一只手難以同時操作四個反推扳機(jī)，一般不選擇直通式油門桿。

背負(fù)式油門桿布局，實現(xiàn)了反推力桿與正推力桿的分離，使正推行程和反推行程的空間角度變大，利于操縱精度的提高，適合飛行平穩(wěn)、不需頻繁操縱的運輸機(jī)。

3.2 導(dǎo)軌-滾子/銷與棘爪止動鎖的比較

導(dǎo)軌-滾子/銷的止動鎖設(shè)計利用了正推桿和反推桿的弧形運動軌跡，整個油門臺機(jī)械部分采用軸承和齒輪的傳動方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，止動面防突破能力強(qiáng)，不易發(fā)生磨損和卡滯，具備一定的優(yōu)勢性。棘爪和控制腹板的止動鎖設(shè)計需要一個長度可變的桿，以消除棘爪機(jī)構(gòu)的運動帶來的軌跡變動影響，因此，整個油門臺采用連桿的傳動方式。止動器機(jī)械鎖最終效果的好壞，如操作舒適性、可靠性等，除止動鎖的機(jī)械類別差異外，很大程度上取決于整體設(shè)計方案的優(yōu)化程度、工藝合理性以及對生產(chǎn)過程的控制。

3.3 電磁鎖的利弊

反推功能失效影響等級較大的情況包括空中反推意外打開（單側(cè)或雙側(cè)）和著陸時反推失效（單側(cè)或雙側(cè)）。對應(yīng)于反推操縱器件相關(guān)的子故障為：空中單側(cè)反推手柄意外操作、空中雙側(cè)反推手柄意外操作、以及著陸時雙側(cè)反推無法操作（當(dāng)單側(cè)反推操縱器件故障時，飛行員根據(jù)操作程序應(yīng)停止單側(cè)反推操作）。

雖然僅設(shè)置機(jī)械反推鎖，但可以滿足適航條款25.1155條的要求。同時在反推機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上增加反推電磁鎖，為防止反推誤操作提供了雙重屏障，在反推機(jī)械鎖被意外打開時，如遇到顛簸反推鎖被暴力解鎖或飛行員無意碰觸油門桿造成意外解鎖，電磁鎖可有效減少空中反推意外打開的概率，僅從該功能失效狀態(tài)考慮，電磁鎖的增加有利于提升飛機(jī)的安全性。

但電磁鎖的增加也會帶來一些弊端。電磁鎖組件內(nèi)存在壽件和易損件時，可能影響整個油門臺的所用壽命，增加維修成本；電磁鎖存在無法打開的風(fēng)險，降低了油門桿反推操作的工作可靠性。

4 結(jié)語

反推操縱的防操作方案的選擇，應(yīng)考慮從飛機(jī)到系統(tǒng)到設(shè)備的需求分配指標(biāo)，結(jié)合油門臺供應(yīng)商的技術(shù)基礎(chǔ)和優(yōu)勢，在滿足主機(jī)要求和適航條款要求的前提下，從對飛機(jī)的安全性、可靠性、維修成本、經(jīng)濟(jì)性、人機(jī)工效等多方面進(jìn)行綜合權(quán)衡，尋求對上述指標(biāo)貢獻(xiàn)更大的方案。在電磁鎖技術(shù)成熟，故障率低的情況下，傾向于采用機(jī)械鎖和電磁鎖結(jié)合的方式，以提高反推功能的安全性，降低失效概率，滿足反推操縱器件的防誤動要求。